聚宝盆彩票网址 - 安全购彩网址

5G专区

技术交流

5G基站君的进化之路 — CU和DU分离

本文来源:无线深海

不论你是否能意识到,移动基站君就隐藏于我们身边,默默地在为我们服务,越来越好的信号质量就是明证。 这不,5G要来了,为了迎接这新的时代,基站君正在默默地酝酿着一场大变身。而要说5G基站君在架构方面的演进,就不得不提CU和DU分离的事情。
5G基站CU和DU分离
CU的全称是Centralized Unit,顾名思义就是集中单元;DU的全称是Distributed Unit,含义自然就是分布单元了。
坦白说,CU和DU这两个名称是云里雾里,除了集中和分布这两个含义之外,没有提供更多的信息。
为什么CU和DU要分离?
CU和CU分离了到底有什么好处?
现在开始部署的5G基站都是基于CU和DU分离架构的吗?
为什么CU和DU要分离?
我们先来看看4G和5G无线接入网部分的架构有什么不同:
4G和5G基站架构的比较
由上图可以看出,4G基站内部分为BBU,RRU和天线几个模块,每个基站都有一套BBU,并通过BBU直接连到核心网。 而到了5G时代,原先的RRU和天线合并成了AAU,而BBU则拆分成了DU和CU,每个站都有一套DU,然后多个站点共用同一个CU进行集中式管理。 看了5G的架构,尤其是矗立在中间的CU,总是让人感觉莫名熟悉,似曾相识。这不就和2G/3G的架构如出一辙么?  
2G/3G的网络架构
这就奇了怪了,撤销控制器,基站直连核心网,构建扁平化网络这个刚刚在4G时代兴起的架构,到了5G时代,就又要走回2G/3G时代的老路? 这是因为,4G的网络架构跟2G和3G相比可谓剧变,带来了时延的降低和部署的灵活性,但同时也带来了一些问题,尤其是站间信息交互的低效。  
4G基站之间是一个全Mesh网络
从上图可以看出,基站数量多了之后,每个基站都要独立和周围的基站建立连接交换信息,和两个基站相比,情况就变得复杂了起来。这还只是4个基站的情况,如果数量更多的话,连接数将呈指数级增长。这个问题导致了4G基站间干扰难以协同的痼疾。
2G/3G无线网络有一个中央控制点—控制器
而2G和3G网络则不同,因为有了控制器这个全知全能的中心节点存在,所有基站的信息一目了然,统筹管理全局资源也就更容易一些。 所谓历史总是在否定之否定中螺旋式上升,5G网络架构的出现正是如此。 在5G时代,对基站,核心网的各项功能进行了重构:首先把原先BBU的一部分物理层处理功能下沉到RRU,RRU和天线结合成为AAU;然后再把BBU拆分为CU和DU,同时CU还融合了一部分从核心网下沉的功能,作为集中管理节点存在。 CU和DU的切分是根据不同协议层实时性的要求来进行的。在这样的原则下,把原先BBU中的物理底层下沉到AAU中处理,对实时性要求高的物理高层,MAC,RLC层放在DU中处理,而把对实时性要求不高的PDCP和RRC层放到CU中处理。

CU和DU到底有什么好处?

CU和DU的切分可以带来几大好处。
1.实现基带资源的共享
由于各个基站的忙闲时候不一样,传统的做法是给每个站都配置为最大容量,而这个最大容量在大多数时候是达不到的。比如学校的教学楼在白天话务量很高,而到了晚上就会很空闲,而学生宿舍的情况则正好相反,而这两个地方的基站却要按最大容量设计,造成很大的资源浪费。 如果教学楼的和宿舍的基站能够统一管理,把DU集中部署,并由CU统一调度,就能够节省一半的基带资源。 可以看出,这种方式和之前提出的C-RAN架构非常相似,而C-RAN架构由于对于光纤资源的要求过高而难以普及。在5G,虽然DU可能由于同样的原因难以集中部署,但CU也是基站的一部分,其本身的集中管理也能带来资源的共享,算是5G时代对于C-RAN架构的一种折中的实现方式。
2.有利于实现无线接入的切片和云化
网络切片作为5G的目标,能更好地适配eMBB,mMTC和uRLLC这三大场景对网络能力的不同要求。 切片实现的基础是虚拟化,但是在现阶段,对于5G的实时处理部分,通用服务器的效率还太低,无法满足业务需求,因此还需要采用专用硬件,而专用硬件又难以实现虚拟化。 这样一来,就只好把需要用专用硬件的部分剥离出来成为AAU和CU,剩下非实时部分组成CU,运行在通用服务器上,再经过虚拟化技术,就可以支持网络切片和云化了。 因此,CU加上边缘计算及部分核心网用户面功能的下沉,就被称为“接入云引擎”。
3. 满足5G复杂组网情况下的站点协同问题
5G和传统的2G/3G/4G网络不同的是高频毫米波的引入。 由于毫米波的频段高,覆盖范围小,站点数量将会非常多,会和低频站点形成一个高低频交叠的复杂网络。 要在这样的网络中获取更大的性能增益,就必须有一个强大的中心节点来进行话务聚合和干扰管理协同。 毫无悬念,这样的中心节点就是CU。 但是,在DU和CU的拆分在带来诸多的好处的同时,也会带来一些不利影响。 首当其冲的就是时延的增加,网元的增加会带来相应的处理时延,再加上增加的的传输接口带来的时延,增加的虽然不算太多,但也足以对超低时延业务带来很大的影响。 其次是网络复杂度的提高。5G不同业务对实时性要求的不同,eMBB对时延不是特别敏感,看高清视频只要流畅不卡顿,延迟多几个毫秒是完全感受不到的;mMTC对时延的要求就更宽松了,智能水表上报读数,有个好几秒的延迟都可以接受;而uRLLC就不同了,对于关键业务,如自动驾驶,可能就是“延迟一毫秒,亲人两行泪”。 因此对于eMBB和mMTC业务可以把CU和DU分开来在不同的地方部署,而要支持uRLLC,就必须要CU和DU合设了。这样一来,不同业务的CU位置不同,大大增加了网络本身的复杂度,管理的复杂度也就蹭蹭上去了。 所以说,CU和DU虽然可以在逻辑上分离,但物理上是不是要分开部署,还要看具体业务的需求才行。对于5G的终极网络,CU和DU必然是合设与分离这两种架构共存的。

现在开始部署的5G基站都是基于CU和DU分离架构的吗?

2019年是5G元年,首先商用的功能是能支持超高下载速率的eMBB业务,具备CU和DU分开部署的条件。那么是否要这么做呢? 首先,最早部署的5G站点都采用低频来覆盖,国际上采用3.5GHz的居多。这个频段的覆盖能力和4G主流频段相当,因此5G大概率是和4G共用机房和铁塔的,这样的成本也最低。 在5G和4G共站址的情况下,只需要对原先机房内部的传输,电源,电池,空调等配套设备升级之后,再把5G基站(CU和DU一体)放进去就可以快速开通5G了,而搞CU和DU分离,还需要专门为CU去建设新的数据中心,成本太大。 因此,5G初期只会进行CU和DU的逻辑划分,实际还都是运行在同一个基站上的,后续随着5G的发展和新业务的拓展,才会逐步进行CU和DU的物理分离。 这一切变化,都正在悄无声息地发生,普通用户只会看到手机上亮起的5G Logo,难以觉察到这背后的汗水。为了5G的梦想,基站君就是这样在默默地酝酿着自身的变革,润物细无声。
——END